劉慶義，王洪君，臧加倫

(濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊 261205)

226B 氣缸蓋原在我公司鑄造老廠FA 造型線生產(chǎn)，由于設(shè)備老化，根據(jù)公司的統(tǒng)一規(guī)劃，工藝路線從老廠FA 線調(diào)整到新廠區(qū)的KW 中件線，在工藝切換的調(diào)試驗(yàn)證階段，226B 氣缸蓋鑄件出現(xiàn)了較為集中的氣孔缺陷。

1 工藝簡介

1.1 氣缸蓋的特點(diǎn)

226B 氣缸蓋鑄件如圖1 所示，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,外形尺寸192mm×133.5mm×102mm，內(nèi)腔壁?。ū”谔巸H有4mm）；工藝孔尺寸小，頂面兩個(gè)工藝孔只有?14mm，砂芯排氣設(shè)置困難；缸蓋材質(zhì)為GG30Cu。

圖1 226B 氣缸蓋鑄件

1.2 工藝簡介

該缸蓋采用潮模砂造型工藝，鑄件上半部分外輪廓由潮模砂形成，鑄件下半部分外輪廓及內(nèi)腔由砂芯組件形成。砂芯裝配后整體浸涂、烘干、下芯。砂芯組件形狀如圖2，包括底盤芯、進(jìn)氣道芯、排氣道芯、下水腔芯、上水腔芯共五顆砂芯。

圖2 砂芯組件圖

在制芯、組芯及造型工藝上，新老廠區(qū)略有不同。老廠區(qū)五種砂芯全部為熱芯盒制芯，組芯時(shí)使用水玻璃粘結(jié)劑。新廠區(qū)除底盤芯使用冷芯盒制芯外，其余也全部采用熱芯盒制芯，組芯時(shí)聯(lián)合使用熱熔膠和水玻璃粘結(jié)劑。老廠區(qū)砂箱尺寸為1000×800×320/320（mm）。新廠區(qū)砂箱尺寸1000×800×260/260（mm），上模板氣眼針根據(jù)粗細(xì)選擇適當(dāng)距離砂箱頂面的吃砂量。起模后，在扎氣眼工位，使用扎氣板一次性扎通氣眼。

熔煉上均采用沖天爐電爐雙聯(lián)熔煉工藝，澆注溫度1400℃～1420℃。

工藝簡圖如圖3，澆注系統(tǒng)及平面布置如圖4。

2 缺陷特征

圖3 工藝簡圖

在初次工藝驗(yàn)證時(shí)，澆注后鑄件出現(xiàn)集中氣孔缺陷，氣孔缺陷率高達(dá)80%。氣孔位置主要集中在缸蓋頂面靠近兩個(gè)頂面工藝孔的一側(cè)，氣孔缺陷實(shí)例如圖5。

圖4 平面布置圖

3 原因分析

經(jīng)過對制造過程的追溯，排除了澆注溫度、鐵液質(zhì)量、型砂、芯砂質(zhì)量及浸涂、烘干等工藝參數(shù)造成氣孔缺陷的可能性。結(jié)合澆注過程及鑄件氣孔缺陷特征，分析認(rèn)為這種缺陷主要是來自型腔和砂芯的氣體無法及時(shí)排除型外，造成鑄件氣孔。審查原工藝設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

圖5 氣孔缺陷實(shí)例

3.1 澆注系統(tǒng)對氣孔的影響

如圖4 所示，226B 氣缸蓋在KW 中件線生產(chǎn)，一型六件，直澆道放在砂箱的邊角。鑄型內(nèi)六個(gè)鑄件的充型、排氣及冷卻存在著巨大的差異。由于該缸蓋壁厚較薄，澆注過程中，存在遠(yuǎn)離直澆道的型腔溢流冒口不能溢流的現(xiàn)象。

3.2 壓砂環(huán)及熱熔膠孔對氣孔的影響

原設(shè)計(jì)壓砂環(huán)及熱熔膠孔處工藝如圖6。老廠區(qū)砂芯組芯采用水玻璃粘結(jié)劑，砂芯配合接觸面相對較短。而新廠區(qū)采用熱熔膠快速粘結(jié)技術(shù)，需在砂芯的芯頭部位做出熱熔膠注射孔，故需相對長一點(diǎn)的砂芯配合面。該處較多的借鑒了老廠區(qū)的砂芯工藝尺寸，應(yīng)用到新廠區(qū)，該處工藝存在以下兩大缺陷。

3.2.1 壓砂環(huán)位置與出氣針重疊

從圖6 和圖7 中可以看出壓砂環(huán)位置在出氣針部位與出氣針重疊，導(dǎo)致該處壓砂環(huán)不能在砂型上成型，而失去氣、鐵隔離作用，底盤芯等砂芯所產(chǎn)生的氣體易從該處進(jìn)入型腔，引起氣孔缺陷。

圖6 壓砂環(huán)、熱熔膠孔布置圖

3.2.2 壓砂環(huán)在熱熔膠孔的外側(cè)

熱熔膠孔與壓砂環(huán)的位置關(guān)系見圖6，熱熔膠孔用于在砂芯裝配時(shí)向孔內(nèi)注入熱熔膠，使砂芯快速裝配粘結(jié)為一個(gè)整體，便于后續(xù)浸涂工序中砂芯的旋轉(zhuǎn)及涂料的流涂。熱熔膠粘結(jié)技術(shù)的應(yīng)用使在組芯、浸涂工序上大批量流水化作業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。但在此處熱熔膠孔與壓砂環(huán)的錯(cuò)誤搭配，極大地增加了出現(xiàn)氣孔缺陷的概率。由于砂芯組件浸涂后在烘干過程中，熱熔膠孔內(nèi)填充的熱熔膠迅速熔化并焦化。裸露的熱熔膠孔相當(dāng)于砂芯的排氣孔，澆注后砂芯樹脂形成的氣體通過此通道，到達(dá)分型面，被壓砂環(huán)攔截后不能通過出氣針排到型外，只能進(jìn)入型腔引起氣孔缺陷。

圖7 壓砂環(huán)與出氣針重疊

3.3 石棉墊及其出氣針結(jié)構(gòu)對氣孔缺陷的影響

原工藝缸蓋頂面上水腔芯頭、石棉墊及出氣針如圖8，石棉墊外徑?14mm、厚3mm。石棉墊是一種耐高溫柔軟材料，用在此處的作用是阻隔型腔高溫鐵液通過砂芯與外模間隙進(jìn)入排氣通道。從圖8 中可以看出該處利用了石棉墊的側(cè)面與砂型接觸進(jìn)行密封，由于石棉墊極其柔軟，可以預(yù)見這種密封結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致石棉墊易被鐵液沖偏，從而失去密封效果。實(shí)踐也證明這種結(jié)構(gòu)密封效果很差，鐵液很容易通過砂芯間隙進(jìn)入出氣通道，致使砂芯排氣不暢，引起氣孔缺陷，圖9 是出氣通道進(jìn)入鐵液的實(shí)例。

圖8 原工藝石棉墊結(jié)構(gòu)

圖9 出氣通道進(jìn)入鐵液

4 改進(jìn)措施

4.1 澆注系統(tǒng)的改進(jìn)

改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)如圖10，將直澆道從砂箱的外側(cè)邊角處，改到了側(cè)邊中部。同時(shí)對澆注系統(tǒng)的截面積進(jìn)行了調(diào)整。有效的消除了個(gè)別型腔溢流冒口不溢流的現(xiàn)象。

圖10 改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)

4.2 壓砂環(huán)及熱熔膠孔部位的改進(jìn)

壓砂環(huán)及熱熔膠孔處由于先天工藝缺陷，若改為理想狀態(tài)需要修改全部5 種砂芯芯頭，將熱熔膠孔移至壓砂環(huán)的外側(cè)，且需重新調(diào)整上下型板六個(gè)模樣的間距布置。相當(dāng)于該缸蓋的全套工裝都需進(jìn)行調(diào)整，整改周期太長。為了快速驗(yàn)證該處結(jié)構(gòu)對氣孔的影響，采取了以下三個(gè)措施。①砂芯組件烘干后，裸露的熱熔膠孔用砂芯修補(bǔ)劑填平；②外模上在原壓砂環(huán)的內(nèi)側(cè)再增設(shè)一道壓砂環(huán)；③在砂芯的芯頭部位重新鉆氣眼孔，引導(dǎo)砂芯排氣。修改后的壓砂環(huán)及芯組如圖11。

圖11 改進(jìn)后的壓砂環(huán)及砂芯

4.3 石棉墊及其出氣針結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

改進(jìn)后的石棉墊及其出氣針結(jié)構(gòu)如圖12，實(shí)例如圖13。該結(jié)構(gòu)充分利用了石棉墊片的柔軟性，把密封部位從側(cè)面改到了上下平面，利用上水腔芯芯頭頂面及出氣針部位的型腔底面，把石棉墊壓縮夾緊在中間。并在上水腔芯頭部位鉆孔加強(qiáng)砂芯排氣。

圖12 改進(jìn)后的石棉墊密封結(jié)構(gòu)圖

圖13 改進(jìn)后的石棉墊實(shí)例圖

4.4 改進(jìn)效果

（1）在4.1 和4.2 項(xiàng)完成改進(jìn)后進(jìn)行工藝驗(yàn)證，氣孔缺陷率從80%降低到40%，氣孔缺陷明顯降低，但仍然太高，說明系統(tǒng)中仍然存在影響氣孔缺陷的重要因素。

（2）在對4.3 完成改進(jìn)后進(jìn)行工藝驗(yàn)證，氣孔缺陷率從40%降低到4%以下，解決氣孔缺陷取得明顯效果。

5 結(jié)束語

氣缸蓋的絕大多數(shù)氣孔類缺陷都與澆注系統(tǒng)及砂芯和型腔的排氣密切相關(guān)，良好的砂芯排氣對降低氣孔缺陷起著決定性作用。